环境雌激素污染的生物修复研究进展

石中全

重庆三峡医药高等专科学校基础医学部，重庆市 404020

环境雌激素（Environment estrogen）是指存在于自然环境中的进入人和动物体内能干扰其内分泌并引起各种病理效应的物质，因此又可将环境雌激素称为“内分泌干扰化合物”。它包括农业中广泛应用的有机磷农药，塑料制品释放的聚乙烯、联苯酚A、邻苯二甲酸酯，作为药物使用的雌二醇、地塞米松等有机化学物质［1］。这些物质进入环境中可广泛存在于土壤、大气、水体中，经过环境中的动物和植物富集后进入人体内与人体正常的激素竞争，结合激素受体，引起内分泌紊乱导致各种机能障碍［1，2］。环境中这些污染物来源广泛，有的来自于生活垃圾，有的来自于工农业生产活动，还有的来源于医院废物。尤其是医院中废物对环境影响更大［3］。

从30多年前就有学者研究环境雌激素生物修复技术，到目前为止已从石油、农药、塑料污染的水和土壤中分离出降解多环芳烃［4］、氯乙烯［5］、氯氰菊酯［6］、苄嘧磺隆［7］等的微生物，从20世纪80年代起已成功应用于黑臭河道［8］、海岸线溢油［9］、土壤重金属［10］污染的治理。本文就医院废水处理技术及环境雌激素生物修复技术研究进展作一综述。

1 医院废水处理现状

环境雌激素主要来源于医院废水，我国医院分为综合性医院、专科医院、传染病医院等，这些医院所产生的废水比一般生活废水污染危害更大，除含一般生活污水外，还含有各种病原微生物、放射性物质、消毒剂、重金属及各类药物等［3］。医院废水处理一般应用物理、化学及生物方法处理，虽然经过处理但废水中一些药物如雌激素、地塞米松等仍然存在，构成环境雌激素的一部分，进入人体将造成人体代谢尤其是生殖系统严重影响，成为重要的污染源，直接危害人民群众身体健康［3］，因此对于这些污染物的处理至关重要。

2006年中国环境统计年报数据，全国共调查县及县以上医院10 332家，床位约206万张。重点调查医院废水排放量达3.8亿吨，医疗废物产生量为25万吨。调查医院共设有9 990套废水处理设施，每日废水处理能力为244万吨，废水处理率92.2%，废水排放达标率83.3%。

目前医院常用废水处理方法包括物理处理法、化学处理法、生物化学处理法［11］。在经济发展大潮中，随着工业化程度的提高，废水排放越来越多，越来越复杂，而人们的环境保护意识也日益增强，不断有新的环境保护法出台，对废水的处理排放要求也越来越严格。科研工作者们不断研发出新的废水处理技术和废水处理工艺，目前，我国医院废水处理一般采用二级处理。

一级处理主要是污水处理、去除特定的离子、对pH值的调整等。二级处理主要是指生物处理。一级处理、二级处理的具体方法有：消毒法、污泥处理法、电压脉冲放电法、膜生物反应器、纳米二氧化钛处理法、接触氧法等［12］。消毒法又包括紫外线法、超声波法、辐射法、冷冻法、加热法、臭氧法、氯化法、阳离子表面活性剂法等［13］。

医院废水虽然经过以上处理但是所排放的废水中仍然存在一些问题，如氯值超标造成二次污染，水中某些病原微生物超标，一些药物残留等。尤其是药物残留问题需引起重视。

2 环境雌激素存在与影响

医院废水中残留的药物种类多，有的是激素类药物如雌二醇、糖皮质激素类药物，Chang H等于2007年报道在国内的废水厂处理后的废水和江水中存在6种糖皮质类激素［14］，其中皮质醇为（39±26）ng／L，可的松为（30±21）ng／L。Van der Linden SC等报道在荷兰的工厂、医院的废水和饮用水、地表水中均存在糖皮质类激素，其中，城市污水厂处理后的废水中的地塞米松的含量达11～243ng／L［15］。Schriks M 等报道在荷兰的医院处理前的废水中糖皮质类激素的含量为13～1 900ng／L［16］。这些激素类药物通过医院废水进入环境中被归为环境雌激素。

环境雌激素被摄入机体后，具有干扰机体内正常内分泌物质合成、释放、运输、结合、代谢诸过程，其可激活或抑制内分泌系统的功能，从而破坏机体稳定性和调控作用的化合物，包括植物天然雌激素及人工合成化合物等。环境雌激素物质进入机体后，与机体正常分泌的内分泌激素竞争，结合细胞内的激素受体，造成人体激素过剩，内分泌系统功能紊乱，干扰人体性激素的正常工作，从而出现各种机能障碍。

环境雌激素中具有代表性的有PCB（多氯联苯）类化学物质、杀虫剂DDT等有机氯农药、垃圾燃烧产生的二恶英等毒性气体及作为女性合成激素使用的已烯雌酚（DES）等医药品。另外还有旧式冰箱产生的氟利昂，石油代谢物多环芳烃、酚类等，各种塑料制品，特别是塑料食品器具能释放大量的PCB聚氯联苯、聚已烯、邻苯二甲酸酯、联苯酚A等；还有化妆品中的羟苯、苯酮、防酸剂BHA等，以及各种色素、防腐剂。这些环境雌激素物质在我们日常生活中无处不在，对健康的影响不容忽视［2］。环境雌激素在环境中通过动、植物富集后被人体摄入积聚，干扰正常内分泌活动，学术上称之为“外源性内分泌干扰物”。《四川科技报》等报道其对人体可造成以下危害：男性精子数量减少、不育率增高；多胎现象；出生畸形；孩子性早熟；儿童行为异常增多；引起癌症和自身免疫性病等［17］。

废水中排出的雌激素和地塞米松等激素类药物也属于环境雌激素一部分，其中，17β－雌二醇（E2）为环境雌激素中作用较强的一种，进入生物体后可以扰乱正常的内分泌功能，改变在发育和成年阶段机体胞内信号转导过程，从而造成生殖、免疫、神经等系统的多种病变［18］，具有污染范围广、危害大等特点，即使在极低的浓度下（1.0ng／L）也会对生物体产生明显的影响［19］。陆亮等报道E2对生精细胞T型钙通道有抑制作用，呈浓度依赖性［20］；许多证据提示雌激素是HPV致癌的辅助因子［21，22］。近年来环境雌激素污染引起了全世界的广泛关注，西方国家更是将环境雌激素问题与臭氧层破坏及温室效应相提并论，是目前环境科学工程研究领域中的热点。2002年国际上签署的《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》中，首批确定的禁止使用的12种持久性有机污染物就是环境激素类物质。同样，地塞米松（dexamethasone）也可以通过污染水体在生物体内长期富集，可引起激素性青光眼和白内障。此外，地塞米松局部或长期大量富集可以导致结缔组织变性以及骨骼脱钙、骨质疏松及病理性骨折为主要表现的“脱钙效应”［23］。

3 环境雌激素生物修复研究

近年来，越来越多的国内外学者致力于环境雌激素的污染治理，提出了许多有益建议，并作出了许多成果，其中生物修复是最好、最有效的方法。

生物修复技术［24］，是指生物特别是微生物催化降解有机物，去除或消除环境污染的一个受控的或自发的过程。研究发现，自然界的微生物在特定环境下可被驯化为具有相应代谢途径的微生物，生物修复研究和应用最为广泛的领域是石油生物修复、重金属生物修复、农药生物修复，近年已从石油、农药、塑料污染的水和土壤中分离出降解多环芳烃［4］、氯乙烯［5］、氯氰菊酯［6］、苄嘧磺隆［7］等的微生物，从20世纪80年代起已成功应用于黑臭河道［8］、海岸线溢油［9］、土壤重金属［10］污染的治理。较之其他治理途径，生物修复技术成本低、处理效果好、无二次污染，广泛应用于土壤和天然水体污染的治理。

对于医院废水中激素的处理也可采用生物修复技术。利用微生物降解雌二醇是治理其污染的重要途径［25］。王亚娥等分别在好氧和厌氧条件下，研究了污水处理厂的活性污泥对雌二醇的降解效果，同时考察了污泥混合液中碳源和氮源对降解速率的影响，结果表明，在好氧条件下，经过70min，初始浓度为30μg／L的17β－雌二醇被完全降解，添加碳源和氮源对降解速率无显著影响，而厌氧污泥对17β－雌二醇的降解速率远小于好氧污泥，添加碳源和氮源对降解有一定的抑制作用［26］。Ying等对沉积物中的雌二醇的生物降解进行研究，结果显示1.0μg／g的17β－雌二醇能被较快降解，半衰期为2～4.4d［27］。Lee等分别在好氧和厌氧条件下，利用污水中的细菌处理17β－雌二醇，结果表明200μg／L的17β－雌二醇几乎被完全氧化为雌激素酮，然后被快速降解［28］。这些研究表明在活性污泥中存在能降解17β－雌二醇的微生物，但尚未分离出这类微生物。17β－雌二醇也可以被光降解，包括TiO光催化降解、类－Fenton体系光降解、紫外光降解和藻类光降解等，目前研究较多的是TiO光催化降解。光降解对减弱17β－雌二醇的生物毒性是有效的，可以在一定程度上起到抑制作用，但光降解过程还需进一步优化，以达到无害化处理的目的。对地塞米松污染的治理技术，目前尚未见报道。因此深入研究其激素污染的治理技术，具有重要的现实意义。

4 展望

利用生物修复技术修复处理医院废水中残留激素是一种有效、低成本、绿色、方便的方法，尤其是对废水中地塞米松的降解。目前，国内外对废水中地塞米松降解研究未见报道，值得进一步探讨与研究，废水中激素降解菌在处理废水中激素处理的应用价值非常高，还可为新型净水剂的制备奠定基础。

［1］闫冬良，马纪伟.环境雌激素与社会〔J〕.实用预防医学，2009，3：980－982.

［2］王一梅，王洋，唐非.环境雌激素的研究现状——环境雌激素对生物体的影响〔J〕.公共卫生与预防医学，2009，1：60－62.

［3］茹改霞.探讨现代医院废水处理与方法〔J〕.广东科技，2007，9（172）：99－100.

［4］计勇，张洁，朱智.多环芳烃污染土壤的微生物修复技术〔J〕.化工环保，2008，28（3）：243－246.

［5］孙晋方，朱琨，张伟.氯乙烯在地下水和土壤中的厌氧脱氯还原降解〔J〕.环境保护科学，2008，34（6）：15－18.

［6］张松柏，张德咏，罗香文，等.一株高效降解氯氰菊酯细菌的分离鉴定及降解特性〔J〕.中国农学通报，2009，25（3）：265－270.

［7］张松柏，张德咏，罗香文，等.一株降解苄嘧磺隆光合细菌的分离鉴定及其降解特性〔J〕.生态环境，2008，17（5）：1774－1777.

［8］朱有庆，陈宇.海岸线溢油污染的生物修复〔J〕.海洋科学，2009，4：86－89.

［9］钱嫦萍，王东启，陈振楼，等.生物修复技术在黑臭河道治理中的应用〔J〕.水处理技术，2009，35（4）：13－17.

［10］翁添富，高建培，易锋，等.土壤重金属污染生物修复技术研究进展〔J〕.科技导报，2009，4：93－97.

［11］张淑琴，张彭.浅谈医院废水的处理与应用〔J〕.今日科苑，2008，6：60－61.

［12］胡平，丁德玲，孙春宝.医院废水处理中存在的问题及对策〔J〕.环境与可持续发展，2007，4：29－30.

［13］张海珍.医院废水处理技术新进展〔J〕.环境科学与管理，2006，31（1）：135－137.

［14］Chang H，Hu J，Shao B.Occurrence of natural and synthetic glucocorticoids in sewage treatment plants and receiving river waters〔J〕.Environ Sci Technol，2007，41（10）：3462－3468.

［15］Van der Linden SC，Heringa MB，Man HY，et al.Detection of multiple hormonal activities in wastewater effluents and surface water，using apanel of steroid receptor CALUX bioassays〔J〕.Environ Sci Technol，2008，42（15）：5814－5820.

［16］Schriks M，van Leerdam JA，van der Linden SC，et al.Highresolution mass spectrometric identification and quantification of glucocorticoid compounds in various wastewaters in the Netherlands〔J〕.Environ Sci Technol，2010，44（12）：4766－4774.

［17］李剑，徐飞，李少旦，等.环境雌激素研究进展〔J〕.现代预防医学，2006，8：1355－1359.

［18］Suzuki Y，Maruyama T.Fate of estrogens in batch mixing experiments using municipal sewage and activated sludge〔J〕.Water Research，2006，40（5）：2490－2495.

［19］Hintemann T，Schneider C，Scholer HF，et al.Field study using two immunoassays for the determination of estradiol and ethinylestradiol in the aquatic environment〔J〕.Water Research，2006，40（12）：2287－2294.

［20］陆亮，王昌松，高晓华，等.17－β雌二醇对小鼠生精细胞T型Ca2＋通道的作用〔J〕.中华男科学杂志，2008，14（6）：483－488.

［21］Brake T，Lambert PF.Estrogen contributes to the onset，persistence，and malignant progression of cervical cancer in a human papillomavirus－transgenic mouse model〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA，2005，102（7）：2490－2495.

［22］Moodley M，Moodley J，Chetty R，et al.The role of steroid contraceptive hormones in the pathogenesis of invasive cervical cancer：a review〔J〕.Int J Gynecol Cancer，2003，13（2）：103－110.

［23］王详群.糖皮质激素诱发白内障及钙介导效应的研究〔D〕.广东：中山大学，2005.

［24］武秀琴，张建云.污染水体的生物修复技术研究进展〔J〕.现代农业科技，2008，17：331－333.

［25］陈文翔，王蕴赞，谢国建，等.17－β雌二醇的污染治理技术研究进展〔J〕.环境科学，2008，27（6）：1－3.

［26］王亚娥，李富生，汤浅晶，等.好氧／厌氧污泥对17β－雌二醇的降解特性〔J〕.中国给水排水，2007，23（9）：105－108.

［27］Ying GG，Kookana RS.Degradation of five selected endocrine－disrupting chemicals in seawater and marine sediment〔J〕.Environmental Science and Technology，2003，37（7）：1256－1260.

［28］Lee HB，Lju D.Degradation of 17β－estradioandits metabolities by sewage bacteria〔J〕.Water Air Soil Pollution，2002，134（5）：2254－2259.